Изобретение относится к устройству для инертизации и для вытяжной вентиляции атмосферы защитной оболочки на атомной электростанции. Оно относится далее также к способу для эксплуатации подобного устройства.
На атомной электростанции в случае ситуаций повреждений или аварий, при которых, например в результате нагрева активной зоны, может наступать окисление циркония, следует считаться с образованием и освобождением газообразного водорода внутри окружающей активную зону реактора защитной или противоаварийной оболочки. За счет этого внутри защитной оболочки могут образовываться взрывоопасные газовые смеси.
Для предотвращения образования подобных взрывоопасных газовых смесей в защитной оболочке атомной электростанции обсуждаются различные устройства или способы. Сюда относятся, например такие устройства, как каталитические рекомбинаторы, каталитически и электрически работающие устройства воспламенения или комбинация обоих названных устройств, а также способы постоянной или дополнительной инертизации защитной оболочки.
Для инертизации защитной оболочки атомной электростанции к ней в качестве инертизирующего средства можно подводить нереактивный газ, как например азот (N2) или углекислый газ (CO2). В одном варианте для инертизации можно производить питание жидким газом через разветвленную систему сопел или обычные системы питания газом с встроенными испарительными установками форсунок для жидкого топлива или газовых горелок. Другие варианты основаны на запитывании жидкого газа, причем вследствие отсутствующей энергии испарения атмосферы защитной оболочки также предусмотрено запитывание в водоотстойник внутри защитной оболочки.
Устройство для инертизации атмосферы в защитной оболочке атомной электростанции известно, например из немецкого патента DE 4421601 C1.
Подвод инертизирующего средства в защитную оболочку может иметь следствием повышение давления внутри защитной оболочки. Такое повышение давления может появляться также в уже ранее инертизированной защитной оболочке, в частности с высокой удельной массой Zr и малым объемом защитной оболочки. Это опять-таки требует возможного сброса давления защитной оболочки путем вытяжной вентиляции (Venting) атмосферы защитной оболочки. В атмосфере защитной оболочки, однако, обычно содержится радиоактивный материал, например, инертные газы, йод или аэрозоль, что могло бы попадать при вытяжной вентиляции в окружающую среду атомной электростанции. Применение этого принципа с вытяжной вентиляцией атмосферы защитной оболочки атомной электростанции в случае аварии поэтому вследствие этого содержащегося в атмосфере защитной оболочки материала не принимается в рассмотрение.
В основе изобретения поэтому лежит задача указания устройства, с которым инертизация и вытяжная вентиляции атмосферы защитной оболочки атомной электростанции может производиться надежно и без нагрузки на окружающую атомную электростанцию среду. Далее должен быть указан особенно подходящий способ для эксплуатации подобного устройства.
Эта задача согласно изобретения решается за счет реверсивного оборудования удержания радиоактивности, через которое совместно проведены подключенный к защитной оболочке подающий трубопровод для инертизирующего средства и подключенный к защитной оболочке спускной трубопровод для атмосферы защитной оболочки, или которое включено в подключенный к защитной оболочке трубопровод для подачи инертизирующего средства и для спуска атмосферы защитной оболочки.
Использование средств удержания радиоактивности на атомной электростанции известно, например, из немецкой выложенной заявки DE 3637795 A1. Однако, оно предусмотрено исключительно для сброса давления защитной оболочки атомной электростанции. Спускаемая из защитной оболочки атмосфера защитной оболочки проходит при обеих альтернативах через оборудование удержания радиоактивности. Содержащийся в атмосфере защитной оболочки радиоактивный материал, как например инертные газы, йод или аэрозоль, при этом удерживается и кратковременно накапливается адсорбирующим материалом, предусмотренным внутри оборудования удержания радиоактивности. После подобной загрузки адсорбирующего материала и перед прорывом радиоактивного материала, то есть перед выделением материала в окружающий воздух, способ работы оборудования удержания радиоактивности изменяют таким образом, что оно теперь обтекается инертизирующим средством в противоположном направлении. При этом удержанный радиоактивный материал отделяется от адсорбирующего материала и с инертизирующим средством вводится обратно в защитную оболочку. Таким образом является возможной инертизация защитной оболочки или сохранение инертизации, причем одновременно обеспечен сброс давления защитной оболочки. При этом в любое время надежно предотвращается выделение радиоактивного материала в окружающую среду. Кроме того, за счет применения реверсивного оборудования удержания радиоактивности избегаются дополнительные отходы, например в виде засоренных фильтрующих элементов. Инертизирующее средство может при этом представлять собой, например азот (N2), углекислый газ CO2, пар или другой не имеющий окислительного действия газ.
Реверсивное оборудование удержания радиоактивности, через которое совместно проведены подключенный к защитной оболочке подающий трубопровод для инертизирующего средства и подключенный к защитной оболочке спускной трубопровод для атмосферы защитной оболочки, при этом предпочтительно содержит установленный с возможностью вращения вокруг оси фильтрующий элемент. Подобное, выполненное по типу регенерирующего колеса оборудование удержания радиоактивности может работать в режиме непрерывной регенерации. Спускной трубопровод и подающий трубопровод при этом проходят через пространственно различные области оборудования удержания радиоактивности, причем для уплотнения направляемых в спускном трубопроводе и подающем трубопроводе газовых потоков целесообразно выбраны взаимно устойчивые к активности и негорючие герметизирующие материалы. За счет вращения оборудования удержания радиоактивности тем самым достигается, что каждая частичная область оборудования удержания радиоактивности попеременно нагружается радиоактивным материалом спущенной атмосферой защитной оболочки и регенерируется обтекающим ее в противоположном направлении инертизирующим средством.
В качестве особенно подходящего для удержания инертных газов адсорбирующего материала оборудование удержания радиоактивности содержит активированный уголь, молекулярное сито и/или цеолит. Адсорбирующий материал имеет при этом внутреннюю обменную поверхность по меньшей мере 1000 м2/м3.
В направлении течения атмосферы защитной оболочки перед или после оборудования удержания радиоактивности целесообразно включены отделитель для аэрозоля и/или сорбенты иода.
Чтобы особенно поддержать регенерацию адсорбирующего материала и таким образом достигнуть особенно большой продолжительности службы оборудования удержания радиоактивности, перед ним целесообразно подключен в направлении течения инертизирующего средства перегреватель. Перегреватель может быть выполнен, например в виде накопителя тепловой энергии или также в виде высокотемпературного сухого накопителя. Возможными являются также и другие устройства нагрева или откачки. За счет достигнутого таким образом перегревания инертизирующего средства может быть кроме того достигнуто то, что оборудование удержания радиоактивности обтекается исключительно сухим инертизирующим средством. Подобное сухое инертизирующее средство особенно благоприятно воздействует на регенерацию оборудования удержания радиоактивности. Далее предпочтительно предусмотрен блок управления для установки температуры инертизирующего средства перед его входом в оборудование удержания радиоактивности.
Чтобы особенно эффективно избежать превышения давления в защитной оболочке, инертизирующее средство целесообразно содержит водяной пар. Подведенный к защитной оболочке перегретый водяной пар конденсируется внутри защитной оболочки. Эта конденсация приводит к уменьшению давления внутри защитной оболочки. В частности, в связи с дополнительно предусмотренным, предпочтительным образом подключенным к спускному трубопроводу вытяжным устройством таким образом может достигаться постоянное поддержание пониженного давления в защитной оболочке. За счет этого особенно надежно предотвращается выделение радиоактивного материала в окружающую среду. Подобное вытяжное устройство таким образом может особенно эффективно использоваться при негереметичной защитной оболочке с утечками. Инертизирующее средство при этом может состоять исключительно из водяного пара или также содержать наряду с водяным паром другой материал, например азот (N2) или углекислый газ (CO2).
Чтобы достичь уплотнения защитной оболочки относительно окружающей среды и тем самым надежно исключить выделение радиоактивного материала в окружающую среду, в подающий трубопровод целесообразно включена автоматически закрывающаяся запорная арматура. Подобная автоматически закрывающаяся запорная арматура может закрываться, например под действием пружины или веса. При подаче инертизирующего средства арматура открывается за счет давления, действующего против силы действия пружины или веса так, что делается возможным втекание инертизирующего средства в защитную оболочку.
Относительно способа для инертизации и для вытяжной вентиляции атмосферы защитной оболочки на атомной электростанции, названная задача решается согласно изобретения за счет того, что через реверсивное оборудование удержания радиоактивности попеременно пропускают подлежащее подведению к защитной оболочке инертизирующее средство и спускаемую из защитной оболочки атмосферу защитной оболочки.
В предпочтительной форме дальнейшего развития содержащийся в спускаемой из защитной оболочки атмосфере защитной оболочки радиоактивный материал отделяют в оборудовании удержания радиоактивности и при последующем протекании через оборудование удержания радиоактивности инертизирующего средства возвращают в защитную оболочку. Оборудование удержания радиоактивности при этом может работать непрерывно, например по принципу регенерирующего колеса, или также прерывисто, например за счет переключения и регенерации в противотоке.
Для обеспечения особенно эффективной регенерации оборудования удержания радиоактивности температуру инертизирующего средства перед входом в оборудование удержания радиоактивности регулируют. Особенно предпочтительно инертизирующее средство при этом для его сушки перегревают.
Достигнутые изобретением преимущества состоят, в частности, в том, что за счет реверсивного оборудования удержания радиоактивности подача инертизирующего средства в защитную оболочку атомной электростанции является возможной в любое время без появления недопустимого повышения давления в защитной оболочке. Тем самым подобная инертизация защитной оболочки не сопровождается связанными с повышением давления в защитной оболочке недостатками. Подобная инертизация может применяться особенно гибко и может производиться также профилактически. Поэтому надежность всей установки является значительно повышенной не только в ситуациях повреждений или аварий, но и при незначительных отклонениях состояния атомной электростанции от нормального состояния.
Примеры выполнения изобретения поясняются более подробно с помощью чертежей. При этом на фигурах показано:
Фиг. 1 - устройство для инертизации и для вытяжной вентиляции атмосферы защитной оболочки на атомной электростанции с оборудованием удержания радиоактивности.
Фиг. 2 - альтернативное устройство для инертизации и для вытяжной вентиляции атмосферы защитной оболочки на атомной электростанции с вращающимся оборудованием удержания радиоактивности.
Одинаковые части снабжены на обеих фигурах одинаковыми ссылочными позициями.
Устройство 1 для инертизации и для вытяжной вентиляции атмосферы защитной оболочки CA на не представленной более подробно атомной электростанции согласно фиг. 1 содержит трубопровод 2, в который включено оборудование удержания радиоактивности 4. Запираемый системой клапанов 5 трубопровод 2, с одной стороны, через ввод 6 подключен к внутреннему пространству защитной или противоаварийной оболочки 8 атомной электростанции и, с другой стороны, к поворотному устройству 10 в виде трехходового клапана. В поворотном устройстве 10 трубопровод 2 разветвляется на подающий трубопровод 12 для инертизирующего средства 1 и на спускной трубопровод 14 для атмосферы защитной оболочки CA.
Подающий трубопровод 12, в который в качестве перегревателя включен снабженный блоком управления 15 для регулирования температуры теплообменник 16, подключен к контейнеру-хранилищу 18 для инертизирующего средства 1. Спускной трубопровод 14 своим выполненным в виде газоочистителя Вентури концом 20 впадает в резервуар 22, выполненный в виде отделителя йода и/или аэрозоля, который в своей верхней области имеет фильтрующий элемент 24. Через фильтрующий элемент 24 к резервуару 22 на стороне выхода подключен трубопровод газообразных отходов 26, который предпочтительно через (не представленное на чертеже) газовытяжное устройство впадает в трубу для отвода газов 27. В параллельном включении с резервуаром 22 спускной трубопровод 14 кроме того через запираемый клапаном 28 обводной трубопровод 29 соединен с трубопроводом газообразных отходов 26.
Оборудование удержания радиоактивности 4 содержит множество фильтрующих вставок 30, из которых на фиг. 1 показаны две. Каждая фильтрующая вставка 30 имеет при этом на своей поверхности адсорбирующий материал A.
В случае необходимой инертизации атмосферы защитной оболочки CA инертизирующее средство I, которое имеется в контейнере-хранилище 18 в жидкой форме до высоты уровня 32, вначале частично испаряют посредством нагревателя 34. В случае инертизирующего средства I при этом может идти речь об азоте (N2), углекислом газе (CO2), воде или об их смеси. Испаренное инертизирующее средство I течет через подающий трубопровод 12 к отклоняющему устройству 10, причем оно проходит через теплообменник 16. В теплообменнике 16 инертизирующее средство I перегревают. Теплообменник 16 может быть активно нагреваемым нагревательным элементом или также постоянно нагретым резервуаром тепловой энергии (высокотемпературным сухим накопителем).
Для подвода таким образом перегретого инертизирующего средства I' внутрь защитной оболочки 8 через устройство отклонения 10 проход подающего трубопровода 12 к трубопроводу 2 открыт так, что перегретое инертизирующее средство I' через трубопровод 2 подается к оборудованию удержания радиоактивности 4. В оборудовании удержания радиоактивности 4 перегретое инертизирующее средство I' обтекает фильтрующие вставки 30 и затем по трубопроводу 2 и ввод 6 попадает внутрь защитной оболочки 8, где оно способствует инертизации атмосферы защитной оболочки CA.
После того, как внутрь защитной оболочки 8 было подведено такое количество перегретого инертизирующего средства I', что требуется сброс давления, через устройство отклонения 10 соединение между подающим трубопроводом 12 и трубопроводом 2 закрывается, а соединение между спускным трубопроводом 14 и трубопроводом 2 открывается. В этом положении устройства отклонения 10 возможна вытяжная вентиляция атмосферы защитной оболочки CA, то есть спуск атмосферы защитной оболочки CA. При этом спускаемая из защитной оболочки 8 атмосфера защитной оболочки CA обтекает оборудование удержания радиоактивности 4 и его фильтрующие вставки 30. Содержащийся в атмосфере защитной оболочки CA радиоактивный материал, например инертные газы, удерживается за счет адсорбции на фильтрующих вставках 30. Отфильтрованная атмосфера защитной оболочки CA', как это показано стрелкой, течет к выполненному в виде отделителя йода и аэрозоля резервуару 22. За счет взаимодействия выполненного в виде газоочистителя Вентури конца 20 спускного трубопровода 14 и фильтрующего элемента 24 йод и/или аэрозоли удаляются из атмосферы защитной оболочки CA'. Очищенная таким образом атмосфера защитной оболочки CA'' может выпускаться в окружающую среду через трубу для отвода газов 27.
После того, как таким образом внутри защитной оболочки 8 было достигнуто достаточное выравнивание давления, в следующей операции к ней снова добавляют инертизирующее средство I. Для этого посредством устройства отклонения 10 соединение трубопровода 2 к спускному трубопроводу 14 закрывают и одновременно открывают соединение трубопровода 2 к подающему трубопроводу 12. Тем самым перегретое инертизирующее средство I' снова течет внутрь защитной оболочки 8 и проходит при этом снова через оборудование удержания радиоактивности 4 и его фильтрующие вставки 30. При протекании через фильтрующие вставки 30 инертизирующее средство I' отделяет поглощенный ими радиоактивный материал и возвращает его обратно внутрь защитной оболочки 8. За счет такого переменного и поэтому прерывистого режима работы устройства 1 надежно избегается освобождение радиоактивного материала также при вытяжной вентиляции защитной оболочки 8.
В случае альтернативного устройства 1' согласно фиг. 2 для инертизации и для вытяжной вентиляции атмосферы защитной оболочки CA, подающий трубопровод 12 для инертизирующего средства I, а также спускной трубопровод 14 для атмосферы защитной оболочки CA соответственно через ввод 40 или, соответственно, 41 подключен к внутреннему пространству защитной оболочки 8. Также и в этой форме выполнения подающий трубопровод 12, в который включен теплообменник 16 в качестве перегревателя, подключен к контейнеру-хранилищу 18 для инертизирующего средства I. Спускной трубопровод 14 через выполненный в виде отделителя йода и аэрозоля резервуар 22 подключен к трубе для отвода газов 27.
Подающий трубопровод 12 и спускной трубопровод 14 в этом примере выполнения проходят через общее реверсивное оборудование удержания радиоактивности 4'. Оборудование удержания радиоактивности 4' при этом выполнено в виде регенерирующего колеса. Оно содержит установленный с возможностью вращения вокруг оси 50 фильтрующий элемент 52, который в свою очередь содержит адсорбирующий материал A.
Оборудование удержания радиоактивности 4' работает в непрерывном режиме. При этом выпускаемая из защитной оболочки 8 атмосфера защитной оболочки CA течет через находящуюся в области спускного трубопровода 14 часть фильтрующего элемента 52. Только эта часть фильтрующего элемента 52 насыщается содержащимся в атмосфере защитной оболочки CA радиоактивным материалом. Отфильтрованная атмосфера защитной оболочки CA' после этого, аналогично примеру выполнения согласно фиг. 1, течет к выполненному в виде отделителя йода и/или аэрозоля резервуару 22.
За счет вращения фильтрующего элемента 52 вокруг оси 50 загруженная радиоактивным материалом область фильтрующего элемента 52 удаляется из области спускного трубопровода 14 и заменяется не загруженной радиоактивным материалом областью фильтрующего элемента 52. Частичные области фильтрующего элемента 52 взаимно уплотнены с помощью стойкого к радиоактивности и негорючего уплотняющего материала.
Загруженная радиоактивным материалом область фильтрующего элемента 52 за счет вращения фильтрующего элемента 52 вокруг оси 50 попадает в область подающего трубопровода 12 для инертизирующего средства I. В этой области она обтекается перегретым и подлежащим подаче в защитную оболочку 8 инертизирующим средством I'. При этом адсорбированный радиоактивный материал отделяется от фильтрующего элемента 52 и вводится обратно в защитную оболочку 8. Таким образом каждая область фильтрующего элемента 52 непрерывно загружается радиоактивным материалом и снова регенерируется. Процессы загружения и регенерации фильтрующего элемента 52 в оборудовании удержания радиоактивности 4' таким образом протекают параллельно и одновременно так, что оборудование удержания радиоактивности 4' может работать в непрерывном режиме. За счет этого появление избыточного давления в защитной оболочке 8 в любое время исключено так, что подобная инертизация защитной оболочки 8 является особенно гибкой и может также производиться в любое время профилактически.
Предусмотренное в примере выполнения согласно фиг. 2 находящееся в контейнере-хранилище 18 инертизирующее средство I является водой. Эта вода I посредством нагревателя 34 полностью или частично испаряется. Подаваемый через подающий трубопровод 12 оборудования удержания радиоактивности 4' водяной пар D перегревают в теплообменнике 16 так, что является возможной особенно эффективная регенерация обтекаемой им части фильтрующего элемента 52. Подведенный водяной пар D конденсируется внутри защитной оболочки 8. Из этой представленной в области K конденсации результируется рост давления или пониженное давление внутри защитной оболочки 8. В частности, в комбинации с трубой для отвода газов 27 таким образом делается возможным постоянное поддержание пониженного давления внутри защитной оболочки 8. За счет поддержания подобного пониженного давления также при негерметичной защитной оболочке 8 или при утечках надежно исключается выход радиоактивного материала в окружающую среду, так как утечки, как показано на фиг. 1 стрелкой, втекают исключительно внутрь защитной оболочки 8.
К оборудованию удержания радиоактивности 4' параллельно к подающему трубопроводу 12 может также подключаться другой подающий трубопровод 54 для подачи дальнейшего инертизирующего средства I2. Инертизирующее средство I2 может при этом представлять собой, например азот (N2) или углекислый газ (CO2). За счет подобного расположения является возможной регенерация фильтрующего элемента 52 посредством смеси водяного пара D и инертизирующего газа I2.
Каждый фильтрующий элемент 30, 52 оборудования удержания радиоактивности 4 или, соответственно, 4' может содержать в качестве адсорбирующего материала A предпочтительно активированный уголь и/или молекулярное сито. Тонко распределенный адсорбирующий материал при этом имеет внутреннюю обменную поверхность, равную по меньшей мере 1000 м2/м3. Для особенно эффективной регенерации фильтрующих элементов 30 или, соответственно, 52 температура подведенного инертизирующего средства I', I2 является регулируемой. Подобное регулирование температуры может производиться, например за счет регулирования теплообменника 16 посредством блока управления 15 или также за счет не представленного более подробным образом разделения направляемого в подающем трубопроводе 12 газового потока на частичные потоки, из которых только один направляют через теплообменник 16 и затем снова примешивают к остальным частичным потокам.
Оборудование удержания радиоактивности 4, 4' согласно примерам выполнения по фиг. 1 и 2 расположено вне защитной оболочки 8, альтернативно оно может, однако, быть расположенным внутри защитной оболочки 8.
Для обеспечения надежной герметизации защитной оболочки 8 и тем самым надежного исключения выхода радиоактивного материала в окружающую среду, подающий трубопровод 12 после его прохода 6 или, соответственно, 40 через защитную оболочку 8 снабжен автоматически запирающейся запорной арматурой 60, 60'. Она открывается за счет, например, действующего против силы пружины или веса давления запитывания инертизирующего средства I', I2. При отказе или окончании подачи инертизирующего средства I', I2 защитная оболочка 8 таким образом закрывается по безаварийному принципу относительно окружающей среды.
Подобным устройством 1 или 1' инертизация атмосферы защитной оболочки CA при одновременной вытяжной вентиляции является возможной в любое время. Так как при этом появление роста давления внутри защитной оболочки 8 исключено, подобная инертизация может производиться в любое время. Таким образом инертизация может производиться в фазе "сброса давления" или по другим критериям, как например "H2-концентрация слишком высока", "уровень активной зоны слишком низкий", или профилактически, так как ни в коем случае можно не опасаться выделения радиоактивного материала в окружающую среду. Кроме того инертизация атмосферы защитной оболочки CA является возможной краткосрочно и также при выходе из строя важных систем (отказ командного исполнительного устройства).
При образовании водорода внутри защитной оболочки (8) атомной электростанции атмосфера защитной оболочки (СА) должна инертизироваться. Для избежания увеличения давления внутри защитной оболочки (8) при инертизации указаны устройство и способ, которые также обеспечивают одновременную вытяжную вентиляцию атмосферы защитной оболочки (СА). Для этого предусмотрено реверсивное оборудование удержания радиоактивности (4, 4'), которое позволяет производить вытяжную вентиляцию атмосферы защитной оболочки (СА) без выброса радиоактивного материала в окружающую среду. Таким образом, инертизация защитной оболочки (8) может также производиться профилактически, что приводит к повышению надежности всей установки и исключению выброса радиоактивности в окружающую среду. 3 с. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.
| DE 4421601 С1, 24.08.1995 | |||
| Способ ограничения последствий аварии на атомной электростанции | 1972 |
|
SU449656A1 |
| Предохранительное устройство | 1991 |
|
SU1782326A3 |
| US 3910817 А, 07.10.1975 | |||
| US 4873050 А, 10.10.1989 | |||
| EP 0302678 А2, 02.02.1989. | |||
